RU2011241C1

RU2011241C1 - Mercuryless sodium vapor high-pressure lamp

Info

Publication number: RU2011241C1
Authority: RU
Inventors: И.Ф. Волков; В.А. Ермошин; И.А. Ивченко; Б.В. Пинясов; В.В. Глазков
Original assignee: Акционерное общество "Лисма" - завод специальных источников света и электровакуумного стекла
Priority date: 1991-12-02
Filing date: 1991-12-02
Publication date: 1994-04-15

Abstract

FIELD: production of ecologically pure (without mercury) light sources. SUBSTANCE: mercuryless sodium vapor high-pressure lamp is a discharge tube enclosed in an external bulb and filled with inert gas, sodium and additionally with zinc at the following relation of metals, percent by mass: sodium - 16 to 90 (50 to 80 preferably), zinc - 84 to 10 (50 to 20 preferably), the total amount of sodium and zinc is selected with-in mg/cm³ of the discharge tube internal volume, and the inert gas pressure - within 1 to 100 kPa. EFFECT: in the mercuryless version (ecologically pure) the above components of discharge tube filling provide for operation of the offered lamp in standard luminaires at a simultaneous increase of the service life, decrease of the firing potential and decrease of spread in electric parameters. 1 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве источников света. The invention relates to the electrical industry and can be used in the manufacture of light sources.

Известна натриевая лампа высокого давления, включающая заключенную во внешнюю колбу разрядную трубку, заполненную инертным газом и амальгамой натрия, содержащую от 49 до 90 мас. % ртути (Л-1). Known high-pressure sodium lamp, comprising a discharge tube enclosed in an external flask filled with an inert gas and sodium amalgam, containing from 49 to 90 wt. % mercury (L-1).

Недостаток - наличие ртути, являющейся одним из наиболее токсичных металлов. The disadvantage is the presence of mercury, which is one of the most toxic metals.

Наиболее близкой по технической сущности является взятая за прототип безртутная натриевая лампа высокого давления, включающая заключенную во внешнюю колбу разрядную трубку, заполненную ксеноном и натрием, на противоположных концах которой установлены электроды. The closest in technical essence is a high-pressure mercury-free sodium lamp taken as a prototype, including a discharge tube enclosed in an external flask filled with xenon and sodium, at the opposite ends of which electrodes are installed.

В связи с тем, что при прочих равных условиях исключение из состава наполнения ртути приводит к снижению градиента потенциала, длина разрядной трубки увеличена (на 30-45% ) и соответственно уменьшен ее диаметр по сравнению с разрядными трубками соответствующей мощности, содержащими ртуть. С вышеуказанными особенностями конструкции и наполнения разрядной трубки связаны следующие недостатки лампы:
повышенное напряжение зажигания из-за увеличения межэлектродного расстояния и уменьшения диаметра разрядной трубки. Повышенное напряжение зажигания в свою очередь снижает срок службы ламп, так как со сроком службы напряжение зажигания ламп возрастает и одной из причин выхода ламп из строя является его повышение выше предельно допустимого значения;
большой разброс электрических параметров от лампы к лампе;
в ряде случаев лампы не могут эффективно эксплуатироваться в стандартных светильниках из-за ухудшения светораспределения светильника, связанного со значительными изменениями габаритов светящего тела (разрядной трубки).Due to the fact that, ceteris paribus, the exclusion of mercury from the composition of the filling leads to a decrease in the potential gradient, the length of the discharge tube is increased (30-45%) and its diameter is accordingly reduced compared to discharge tubes of the corresponding power containing mercury. The following disadvantages of the lamp are associated with the above features of the design and filling of the discharge tube:
increased ignition voltage due to an increase in the interelectrode distance and a decrease in the diameter of the discharge tube. The increased ignition voltage, in turn, reduces the lamp life, since with the service life of the lamp ignition voltage increases and one of the reasons for the failure of the lamps is its increase above the maximum permissible value;
wide variation in electrical parameters from lamp to lamp;
in some cases, lamps cannot be used effectively in standard luminaires due to a deterioration in the light distribution of the luminaire associated with significant changes in the dimensions of the luminous body (discharge tube).

Целью изобретения является снижение напряжения зажигания, повышение срока службы, уменьшение разброса электрических параметров и обеспечение возможности работы лампы в стандартных светильниках. The aim of the invention is to reduce the ignition voltage, increase the service life, reduce the dispersion of electrical parameters and ensure that the lamp can work in standard fixtures.

Поставленная цель достигается тем, что в безртутной натриевой лампе высокого давления, включающей заключенную во внешнюю колбу разрядную трубку, заполненную инертным газом и натрием, на противоположных концах которой установлены электроды, разрядная трубка дополнительно содержит цинк при следующем соотношении металлов, мас. % : натрий 16N90 (предпочтительно 50N80); цинк 84N10 (предпочтительно 50N20), причем суммарное количество натрия и цинка выбрано в пределах 0,3-50 мг/см³ внутреннего объема разрядной трубки, а давление инертного газа 1-100 кПа.This goal is achieved in that in a mercury-free high-pressure sodium lamp, including a discharge tube enclosed in an external flask filled with inert gas and sodium, at the opposite ends of which electrodes are installed, the discharge tube additionally contains zinc in the following metal ratio, wt. %: sodium 16N90 (preferably 50N80); zinc 84N10 (preferably 50N20), and the total amount of sodium and zinc is selected in the range of 0.3-50 mg / cm ^{3 the} internal volume of the discharge tube, and the inert gas pressure of 1-100 kPa.

Добавка к натрию цинка при соотношении металлов: натрий 16-90 мас. % , цинк 84-10 мас, % обеспечивает повышение градиента потенциала на 15-45% без значительного изменения спектрального состава излучения и световой лампы, так как в этих условиях излучение цинка незначительно и излучает в основном натрий. Additive to sodium zinc in the ratio of metals: sodium 16-90 wt. %, zinc 84-10 wt.% provides an increase in the potential gradient by 15-45% without a significant change in the spectral composition of the radiation and the light lamp, since under these conditions the emission of zinc is negligible and emits mainly sodium.

Повышение градиента потенциала позволяет получить оптимальные электрические параметры при сохранении габаритов безртутной разрядной трубки, близких к габаритам стандартной разрядной трубки, содержащей ртуть, что при прочих равных условиях обеспечивает снижение напряжения зажигания и повышение срока службы по сравнению с лампами согласно прототипу и позволяет эффективно использовать лампы в стандартных светильниках. Increasing the potential gradient allows to obtain optimal electrical parameters while maintaining the dimensions of a mercury-free discharge tube, close to the dimensions of a standard discharge tube containing mercury, which, all other things being equal, provides a reduction in the ignition voltage and an increase in service life compared to the lamps according to the prototype and allows the efficient use of lamps in standard fixtures.

При содержании натрия 16 мас. % и соответственно цинка 84 мас. % в спектре излучения разряда появляются достаточно интенсивные линии цинка в ультрафиолетовой и синей областях спектра, что резко снижает световую отдачу ламп. При содержании натрия 90 мас. % и соответственно цинка 10 мас. % прирост градиента потенциала составляет менее 15% , что явно недостаточно для создания ламп эффективно работающих в стандартных светильниках. With a sodium content of 16 wt. % and accordingly zinc 84 wt. % in the emission spectrum of the discharge appear quite intense lines of zinc in the ultraviolet and blue regions of the spectrum, which dramatically reduces the light output of the lamps. With a sodium content of 90 wt. % and, accordingly, zinc 10 wt. % increase in the potential gradient is less than 15%, which is clearly not enough to create lamps that work effectively in standard fixtures.

Из вышеуказанного диапазона предпочтительным является наполнение, содержащее 50-80 мас. % натрия и 50-20 мас. % цинка, так как при этом обеспечивается наибольшее значение световой отдачи при достаточном увеличении градиента потенциала (на 20-35% ). From the above range, filling containing 50-80 wt. % sodium and 50-20 wt. % of zinc, since this provides the highest value of light return with a sufficient increase in the potential gradient (by 20-35%).

Дополнительным преимуществом ламп согласно изобретению является меньший разброс электрических параметров от лампы к лампе по сравнению с лампами, содержащими только натрий и инертный газ. An additional advantage of the lamps according to the invention is the smaller variation in electrical parameters from lamp to lamp compared to lamps containing only sodium and inert gas.

Механизм влияния цинка на разброс электрических параметров нам до конца не ясен, но сам факт установлен экспериментально. The mechanism of the influence of zinc on the scatter of electrical parameters is not completely clear to us, but the fact itself has been established experimentally.

Суммарное количество натрия и цинка должно находиться в пределах 0,3-50 мг/см³ внутреннего объема разрядной трубки. Нижнее значение дозировки (0,3 мг/см³) определяется необходимостью иметь определенный избыток металлов в жидкой фазе для компенсации их потерь со сроком службы из-за взаимодействия металлов с материалов разрядной трубки и диффузии. Верхнее значение 50 мг/см³ определяется отрицательным влиянием на срок службы ламп увеличения количества загрязнений, вносимых в разрядную трубку вместе и металлами.The total amount of sodium and zinc should be in the range of 0.3-50 mg / cm ^{3 the} internal volume of the discharge tube. The lower dosage value (0.3 mg / cm ³ ) is determined by the need to have a certain excess of metals in the liquid phase to compensate for their losses with a service life due to the interaction of metals with the materials of the discharge tube and diffusion. The upper value of 50 mg / cm ³ is determined by the negative effect on the lamp life of the increase in the amount of contaminants introduced into the discharge tube together with metals.

На световую отдачу спектральный состав излучения, на электрические параметры изменения суммарного количества металлов (в вышеуказанном диапазоне) влияют незначительно. The spectral composition of the radiation, the electrical parameters of the change in the total amount of metals (in the above range) affect the light output slightly.

Давление инертного газа должно находиться в пределах 1-100 КПа. При давлении, меньшем 1 КПА, начинается интенсивное распыление электродов в пусковой период, а при давлении, большем 100 КПА, лампы трудно зажечь даже с использованием специальных зажигающих устройств с повышенной амплитудой импульса. Inert gas pressure should be between 1-100 kPa. At a pressure of less than 1 KPA, intensive atomization of the electrodes begins during the start-up period, and at a pressure of more than 100 KPA, it is difficult to light the lamps even using special ignition devices with an increased pulse amplitude.

На чертеже приведена безртутная натриевая лампа высокого давления, включающая заключенную во внешнюю колбу 1 разрядную трубку 2, на противоположных концах которой установлены электроды 3. Разрядная трубка заполнена натрием, цинком и инертным газом. The drawing shows a mercury-free high-pressure sodium lamp, including a discharge tube 2 enclosed in an outer bulb 1, at the opposite ends of which electrodes 3 are installed. The discharge tube is filled with sodium, zinc and an inert gas.

Лампа работает следующим образом. The lamp operates as follows.

При подаче на лампу напряжения между электродами 3 зажигается дуговой разряд. По мере разгорания лампы натрий и цинк испаряются. Излучают в основном атомы натрия. Лампа входит в рабочий режим через 5-15 мин горения. When a voltage is applied to the lamp between the electrodes 3, an arc discharge is ignited. As the lamps light up, sodium and zinc evaporate. Mostly sodium atoms emit. The lamp enters the operating mode after 5-15 minutes of burning.

За базовый объект принята натриевая лампа высокого давления типа ДНАТ 400-5 (содержащая ртуть), серийно выпускаемая СПО "Лисма". The base object was a high-pressure sodium lamp of the DNAT 400-5 type (containing mercury), commercially available from the Lisma Open Joint-Stock Company.

Примеры конкретного выполнения ламп приведены в таблице. Examples of specific lamps are shown in the table.

Внешняя колба ламп выполнена из стекла СЛ 40-1, разрядная трубка - из поликристаллической окиси алюминия, а электроды разрядной трубки - из вольфрама марки ВА. (56) 1. Патент США N 3384798, кл. Н 01 J 61/00, 1971. The outer lamp bulb is made of SL 40-1 glass, the discharge tube is made of polycrystalline alumina, and the discharge tube electrodes are made of VA tungsten. (56) 1. U.S. Patent No. 3,384,798, CL. H 01 J 61/00, 1971.

2. Патент США N 4146831, кл. Н 01 J 61/12, 1985. 2. US patent N 4146831, CL. H 01 J 61/12, 1985.

Claims

1. Mercury-free high-pressure sodium lamp, containing a discharge tube enclosed in an external flask filled with inert gas and sodium, characterized in that, in order to reduce the ignition voltage, increase the service life, reduce the dispersion of electrical parameters and ensure the operation of lamps in standard lamps, the tube additionally contains zinc in the following ratio of metals, wt. %:
Sodium 16 - 90
Zinc 84 - 10
moreover, the total amount of sodium and zinc is selected in the range of 0.3 - 50.0 mg / cm ^{3 the} internal volume of the discharge tube, and the inert gas pressure is 1 - 100 kPa.

2. The lamp according to claim 1, characterized in that the amount of sodium and zinc is respectively 50 - 80 and 50 - 20 wt. %